Two-dimensional (2D) benzoxazole-linked covalent organic frameworks (COFs) provide an opportunity to incorporate the strength and modulus of corresponding 1D rigid-rod polymers into multiple directions by extending covalent bonding into two dimensions while simultaneously reducing density. Thus far, this potential has been elusive because of the challenge of producing high-quality COF films, particularly those with irreversible, rigid benzazole linkages. The majority of COF syntheses use a single-step process approach where polymerization occurs faster than crystallization and typically result in a poorly ordered and insoluble powder. Here, we present a one-step synthesis and two-step process that allows the deposition of a uniform intermediate film via reversible, non-covalent interactions. This network then undergoes an annealing step that facilitates the irreversible conversion to 2D covalently-bonded polymer product. The resulting films are semi-crystalline with platelet-like crystals embedded in an amorphous matrix with sharp crystal-amorphous interfaces. By this approach, we achieve free-standing films for which we demonstrate the first example of mechanical testing of benzazole-linked COFs. These initial films have promising mechanical properties with an in-plane ultimate tensile strength of nearly 50 MPa and axial tensile and transverse compressive elastic moduli on the scale of several GPa. These mechanical properties already rival the performance of solution-cast films of 1D polybenzoxazole (PBO).

中文翻译：

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具有高强度，高模量机械行为的二维刚性苯并恶唑连接的共价有机骨架膜

二维（2D）苯并恶唑连接的共价有机骨架（COF）通过将共价键延伸到两个维度，同时降低密度，提供了将相应的一维刚性杆聚合物的强度和模量纳入多个方向的机会。迄今为止，由于生产高质量COF薄膜（尤其是具有不可逆的刚性苯并唑键的薄膜）的挑战，这种潜力难以捉摸。大多数COF合成使用单步工艺方法，其中聚合发生的速度比结晶快，并且通常会导致粉末的有序性和不溶性。在这里，我们提出了一个一步合成和两个步骤的过程，该过程允许通过可逆的非共价相互作用沉积均匀的中间膜。然后，该网络经历退火步骤，该步骤有助于不可逆地转化为2D共价键合的聚合物产品。所得的膜是半结晶的，片状晶体嵌在具有尖锐的晶体-非晶界面的非晶基质中。通过这种方法，我们获得了独立式薄膜，为此我们展示了苯并唑连接的COF的机械测试的第一个示例。这些初始薄膜具有令人满意的机械性能，其面内极限拉伸强度接近50 MPa，轴向拉伸和横向压缩弹性模量为几GPa。这些机械性能已经可以与一维聚苯并恶唑（PBO）溶液浇铸膜的性能相媲美。所得的膜是半结晶的，片状晶体嵌在具有尖锐的晶体-非晶界面的非晶基质中。通过这种方法，我们获得了独立式薄膜，为此我们展示了苯并唑连接的COF的机械测试的第一个示例。这些初始薄膜具有令人满意的机械性能，其面内极限拉伸强度接近50 MPa，轴向拉伸和横向压缩弹性模量为几GPa。这些机械性能已经可以与一维聚苯并恶唑（PBO）溶液浇铸膜的性能相媲美。所得的膜是半结晶的，片状晶体嵌在具有尖锐的晶体-非晶界面的非晶基质中。通过这种方法，我们获得了独立式薄膜，为此我们展示了机械测试苯并唑连接的COF的第一个示例。这些初始薄膜具有令人满意的机械性能，其面内极限拉伸强度接近50 MPa，轴向拉伸和横向压缩弹性模量为几GPa。这些机械性能已经可以与一维聚苯并恶唑（PBO）溶液浇铸膜的性能相媲美。这些初始薄膜具有令人满意的机械性能，其面内极限拉伸强度接近50 MPa，轴向拉伸和横向压缩弹性模量为几GPa。这些机械性能已经可以与一维聚苯并恶唑（PBO）溶液浇铸膜的性能相媲美。这些初始薄膜具有令人满意的机械性能，其面内极限拉伸强度接近50 MPa，轴向拉伸和横向压缩弹性模量为几GPa。这些机械性能已经可以与一维聚苯并恶唑（PBO）溶液浇铸膜的性能相媲美。